Aula - temperatura

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Temperatura do solo e do ar 
 
Temperatura do ar e do solo 
 Como vimos na aula de balanço de radiação e de energia, o saldo de radiação 
na superfície terrestre será destinado, basicamente, a três processos físicos, 
dentre os quais dois estão associados à temperatura: fluxo convectivo de calor 
sensível(temperatura do ar) e o fluxo por condução de calor no solo 
(temperatura do solo). 
 Superfície úmida - dia 
 
Superfície úmida - noite 
 
Rn 
 
Rn 
 
Resfriamento do ar 
 Aquecimento do ar 
Aquecimento do solo 
 
Resfriamento do solo 
 
Superfície seca - dia 
Rn 
 Aquecimento 
 excessivo do ar 
 em ambiente seco 
 
Temperatura do solo 
 O regime térmico de um solo é determinado pelo aquecimento da superfície 
pela radiação solar e transporte, por condução, de calor sensível para seu 
interior. Durante o dia, a superfície se aquece, gerando um fluxo de calor para o 
interior. À Noite, o resfriamento da superfície, por emissão de radiação terrestre 
(ondas longas), inverte o sentido do fluxo, que agora passa a ser do interior do 
solo para a superfície. 
 
A variação da 
 temperatura do solo 
 ao longo do dia 
 (temporal) e da 
 profundidade 
 (espacial) é estudada 
a partir da elaboração 
dos perfis de variação 
 da temperatura, 
denominados de 
 TAUTÓCRONAS 
 
0 
 
-5 
 
-10 
 
-15 
 
-20 
 
-25 
 13h 
 -30 
 19h 
 -35 23h 
 
-40 5h 
 
-45 9h 
 
-50 
 
Fatores Determinantes da Temperatura do Solo 
 
O fluxo de calor no solo depende, basicamente, da sua condutividade térmica, 
de seu calor específico e de sua emissividade, os quais por sua vez dependem 
do tipo do solo. Além disso, essa variação é afetada pela interação com outros 
fatores, dentre eles: 
 
Fatores Externos 
 Relacionados aos elementos meteorológicos: 
irradiância solar global, temperatura do ar, 
nebulosidade, chuva e vento. 
 
Fatores Intrínsecos 
 Relacionados ao tipo de solo, ao relevo e ao tipo de 
cobertura do terreno 
 
Tipo de Solo 
 Relacionado à textura, estrutura e teor de matéria orgânica do 
solo. Solos arenosos tendem a apresentar maiores amplitudes 
térmicas diárias nas camadas superficiais e menores em 
profundidade. Isso ocorre pelo fato dos solos arenosos terem 
maior porosidade, havendo um menor contato entre as partículas 
do solos, dificultando assim o processo de condução. Os solos 
argilosos, por sua vez, apresentam maior eficiência na condução 
de calor, tendo menor amplitude térmica diária. 
 
70 
 Variação horária da 
 temperatura de um 
 
60 
 
solo arenoso e de 
 
50 
 outro argiloso. 
 Observe a menor 
 
40 
 
amplitude diária no 
 
30 solo argiloso, o que 
 se deve ao fato deste 
 
20 
 
solo ser mais eficiente 
 
10 
 em transportar calor 
 
Arenoso 
 
Argiloso 
 
para seu interior 
 
0 
 0 
 2 
4 
 
6 
 
8 
 
10 
 
12 
 
14 
 
16 
 
18 
 
20 
 
22 
 
24 
 Hora 
 
Relevo 
 Este é um fator topoclimático, que condiciona o terreno a 
diferentes exposições à radiação solar direta e, também, ao 
acúmulo de ar frio durante o inverno. Os terrenos de meia-encosta 
voltados para o norte(no hemisfério Sul) recebem mais energia do 
que os voltados para o sul. Já nas baixadas ocorre um maior 
acúmulo de ar frio durante o inverno, o que acaba condicionando 
redução da temperatura do solo também nessa área. 
 
Exposição e configuração do terreno 
 
Faces 
 sul e 
 sudoeste Face 
 norte 
 Ar frio 
Cobertura do Terreno 
 Este é um fator microclimático. Solos sem cobertura (desnudos) ficam 
sujeitos a grandes variações térmicas diárias nas camadas superficiais. 
A cobertura com vegetação ou resíduos vegetais (mulch) modifica o 
balanço de radiação e de energia, pois a cobertura intercepta a 
radiação solar, impedindo que esta atinja o solo. Esse fator é 
importante no sistema de plantio direto e nos pomares, onde as plantas 
ficam bem espaçadas. Em períodos críticos (inverno) e em locais 
sujeitos a geadas, a cobertura do terreno é um fator agravante das 
geadas, pois impede que o solo armazene calor durante o dia e libere-o 
para a superfície à noite 
 
Sistema convencional 
 
Sistema plantio-direto 
 
Mato na entrelinha 
 solo exposto 
 
solo com mulch 
 
do cafezal 
 
Temperatura do solo (oC) 
 20 
 
25 
 
30 
 
35 
 
40 
 
45 
 
50 
 
0 
 
5 
 
10 
15 
20 
 25 
 
0t/ha(6h) 
 
14t/ha(6h) 
 
28t/ha(6h) 
 
0t/ha(14h) 
 
14t/ha(14h) 
 
28t/ha(14h) 
 
A figura acima mostra a variação da temperatura do solo para dois horários do 
dia e até a profundidade de 20cm, para diferentes graus de cobertura com 
palha de café. Observe que o solo sem cobertura apresentou uma amplitude 
térmica (variação entre 6 e 12h) muito maior do que para o solo coberto com 
mulch. Os resultados confirmam que quanto maior a cobertura com mulch, 
maior o isolamento proporcionado (Sentelhas e Angelocci). 
 
Variação Temporal e Espacial da Temperatura do Solo 
 
Diária 
 Varia com a profundidade. Nas camadas mais 
superficiais, varia de acordo com a incidência de 
radiação solar, tendo o valor máximo entre 12 e 
14h. Em profundidades maiores, as máximas 
tendem a ocorrer mais tarde, assim como as 
mínimas. 
 
Temperatura do solo (oC) 
 
15 20 25 30 35 40 45 
0 
 
-5 
 
-10 
 
-15 
 
-20 
 
-25 
 13h 
 -30 19h 
 
-35 23h 
 
-40 5h 
 
-45 9h 
 
-50 
 
Anual 
 Também segue a disponibilidade de 
energia na superfície, com valores 
máximos no verão e mínimos no 
inverno. Em profundidade, ocorre um 
pequeno atraso nos valores máximos 
e mínimos. A figura ao lado ilustra a 
variação anual da temperatura do 
solo em duas profundidades. 
Observe que no verão a temperatura 
média mensal é maior na superfície. 
Já no inverno, isso se inverte. 
 
29 
 
27 
 
25 
 
23 
 
21 
 
19 
 
17 
 2 cm 100 cm 
 
15 
 
Variação anual da temperatura do solo em região de clima 
temperado, onde, durante o inverno, o solo fica coberto com neve. 
Compare a figura do slide anterior com essa e observe as diferenças 
e as semelhanças. 
 
Medida da Temperatura do Solo 
 São utilizados os geotermômetros, cujo o elemento sensor é o mercúrio, que tem como 
princípio de medida a dilatação de um líquido. Além deles pode-se utilizar outros tipos 
de elementos sensores, como os termopares e os termistores. Para medida padrão em 
estações meteorológicas os geotermômetros devem ser instalados a 2, 5, 10, 20, 40 e 
100 cm de profundidade em superfície gramada ou de solo desnudo. 
 
Termistor 
 
Geotermômetros instalados 
 
Geotermômetros instalados 
 
Sensor automático para 
 em gramado 
 
em solo desnudo 
 
medida da temp. do solo 
 
Geotermógrafo 
 
Além dos geotermômetros padrões, existem outros tipos de 
 geotermômetros de baixo custo, para uso em plantações. 
 
Cálculo da Temperatura Média do Solo 
 
Estação Convencional: 
 
Tmed do Solo = (Ts7h + Ts14h + Ts21h) / 3 
 
Estação Automática 
 
: 
 
Tmed do Solo = ( Tsi) / n 
 
Tsi é a temperatura do solo medida a cada 
 intervalo de tempo e n é o total de observações 
feitas ao longo de um dia 
 
Estimativa da Temperatura Média Mensal do Solo 
 
Caso não se disponha de dados para determinar a temperatura 
média mensal de um solo, pode-se recorrer às estimativas por meio 
da relação da temperatura do solo com a temperatura doar: 
 
Ts = a + b.Tar 
 
Os valores de a e b dependem do tipo de solo e também da 
profundidade de determinação de Ts. 
 
Temperatura do ar 
 A temperatura do ar é um dos efeitos mais importantes da radiação solar. O 
aquecimento da atmosfera próxima à superfície terrestre ocorre principalmente 
por transporte de calor, a partir do aquecimento da superfície pelos raios 
solares. O transporte de calor sensível (H) na atmosfera se dá por 2 processos: 
 
Ar frio 
 
Condução Molecular 
 Processo lento de troca de 
H, ocorrendo pelo contato 
entre as moléculas de ar. 
Assim, esse processo tem 
extensão espacial limitada, 
ficando restrito à camada 
limite superficial. 
 
Superfície 
 quente 
 
Difusão Turbulenta 
 Processo rápido de troca de energia, em 
que parcelas de ar aquecidas pela 
superfície entram em movimento convectivo 
desordenado, transportanto calor (H), vapor 
(LE), etc, para camadas superiores da 
atmosfera. 
 
Processos de convecção 
 
A figura acima é uma representação real do que se vê na figura ilustrativa do 
processo de convecção. O vermelho indica temperaturas maiores e o azul menores. 
 
Fatores Determinantes da Temperatura do Ar 
 
Os fatores determinantes da temperatura do ar são aqueles associados às três 
escalas dos fenômenos atmosféricos: 
 
Fatores Macroclimáticos 
 Relacionados à latitude, altitude, correntes oceânicas, 
continentalidade / oceanidade, massas de ar e frentes. 
 
Fatores Topoclimáticos 
 Relacionados ao relevo, mais especificamente à 
configuração e exposição do terreno. 
 
Fatores Microclimáticos 
 Relacionados à cobertura do terreno. 
 
Variação Temporal da Temperatura do Ar 
 
Diária 
 A temperatura do ar varia basicamente em função da disponibilidade de 
radiação solar na superfície terrestre. O valor máximo diário da 
temperatura do ar ocorre normalmente de 2 a 3h após o pico de energia 
radiante, o que se deve ao fato da temperatura do ar ser medida a 
cerca de 1,5 a 2,0 m acima da superfície. Já a temperatura mínima 
diária ocorre de madrugada, alguns instantes antes do nascer do sol. O 
diagrama abaixo mostra a variação diária da temperatura do ar. 
 
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
Te
m
pe
ra
tu
ra
 (G
ra
us
 C
el
si
us
)
Hora (TMG)
Temperatura do ar horária de Caruaru para os dias 01 e 02 de julho de 1999
TempArM
ed1H[grC]
A variação diária normalmente observada da temperatura do ar pode 
sofrer variações, especialmente com a entrada de frentes frias ou 
dias nublados, quando a temperatura do ar praticamente não varia 
 
Anual 
 
Também segue a 
disponibilidade de energia na 
superfície, com valores 
máximos no verão e 
mínimos no inverno. 
 
Variação Espacial da Temperatura do Ar 
 
A variabilidade espacial (horizontal) é 
basicamente definida pelos fatores 
determinantes do clima, como latitude, 
altitude, continentalidade, correntes 
oceânicas, massas de ar, etc. 
 
Os mapas mostram a variabilidade 
espacial das temperaturas médias do ar 
no Brasil, em janeiro e em julho, de 
acordo com as normais climatológicas 
de 1931-1990. 
 
Variação Espacial da Temperatura do Ar 
 
A temperatura do ar varia espacialmente também na vertical. Como 
tanto o aquecimento como o resfriamento do ar se dão a partir da 
superfície, durante o dia a tendência é da temperatura do ar ser maior 
próxima à superfície e menor com a altura. Já de madrugada, essa 
situação se inverte, sendo a temperatura menor próxima à superfície e 
maior com o aumento da altura. Esses gradientes verticais de 
temperatura são apresentados na figura a seguir. 
 
Variação Espacial da Temperatura do Ar 
 
OL 
 
Gradiente 
térmico 
noturno 
 
Noite de inverno com céu limpo - favorável à 
 
Inversão Térmica 
 
Gradiente térmico 
diurno 
 
inversão térmica e à ocorrência de geadas 
 
OL OL 
 
Noite de inverno mas com nebulosidade, sem 
 condições para ocorrência de geadas 
 
-4oC 
 
Gradiente 
térmico 
noturno 
 
0oC 
 
Temperatura (oC) 
 
Gradiente térmico 
diurno 
 
Temperatura (oC) 
 
Medida da Temperatura do Ar 
 
O padrão para a medida da temperatura do ar visa homogeneizar as 
condições de medida, com relação ao topo e microclima, deixando essa 
variável dependente unicamente das condições macroclimáticas, o que 
possibilita a comparação entre locais. Assim, mede-se a temperatura do 
ar com os sensores instalados em um abrigo meteorológico, a 1,5 - 2,0 
m de altura e em área plana e gramada. 
 Abrigo meteorológico 
 utilizado em estações 
 meteorológicas 
 automáticas 
 
Abrigos meteorológicos 
utilizados em estações 
 meteorológicas 
 convencionais 
 
Os sensores utilizados para a medida da temperatura do ar podem ser 
divididos conforme o princípio de medida 
 
Dilatação de líquido: são denominados de termômetros. 
 Os termômetros são utilizados em estações 
meteorológicas convencionais, onde ficam instalados 
dentro do abrigo meteorológico. Dois termômetros são 
destinados a medir as temperaturas máxima (Tmáx) e 
mínima (Tmín) e outros dois se destinam a medir a 
temperatura do bulbo seco (Ts) e do bulbo úmido (Tu), 
os quais constituem o conjunto psicrométrico, a ser 
utilizados na aula de umidade do ar 
 
Tmáx 
 
Tmín 
 
Ts Tu 
 
Dilatação de sólido: são denominados de termógrafos. Os termógrafos tem 
como elemento sensor um arco metálico, o qual se dilata e contrai com a 
temperatura. Essa variação de dilatação é proporcional à variação de 
temperatura. São utilizados em estações meteorológicas convencionais, 
onde ficam instalados dentro do abrigo meteorológico. Eles medem a 
temperatura do ar continuamente, com o registro sendo feito com uma 
pena sobre um diagrama. 
 
Arco metálico 
 
Pena registrando a temperatura 
em um diagrama (termograma) 
 
Termograma 
 
Pares termoelétricos: utilizam junções de 
dois metais diferentes. A diferença de 
temperatura entre as duas junções (uma 
no abrigo e outra numa temperatura de 
referência) gera uma força eletromotriz 
proporcional. Na figura ao lado vemos 
sondas de termopar, nas quais uma 
junção é o sensor e a outra junção se 
encontra conectada ao sistema de 
aquisição de dados (referência) 
 
Termistores 
 
Sondas de Termopar 
 
Termistores: constituídos de material 
semi-condutor, com coeficiente térmico 
negativo (variação da resistência com a 
temperatura, ou seja maior a temperatura, 
menor a resistência), permitindo seu 
acoplamento a sistemas de aquisição de 
dados. Ao lado vemos vários tipos de 
termistores e uma sonda de medida da 
temperatura do ar, cujo elemento sensor 
 Sensor de temperatura 
 
é um termistor. 
 
Cálculo da Temperatura Média do Ar 
 
Estação Convencional: 
 
INMET 
 
Tmed do ar = (Ta9h + Tmáx + Tmín + 2.Ta21h) / 5 
 
Extremos Tmed do ar = (Tmáx + Tmín) / 2 
 
Termógrafo 
 
Tmed do ar = ( Tai) / 24 
 
Tai é a temperatura do ar medida a cada intervalo 
 de 1 hora e 24 é o total de observações feitas ao 
 longo de um dia 
 
Estação Automática 
 
: 
 
Real 
 
Tmed do ar = ( Tai) / n 
 
Tai é a temperatura do ar medida a cada intervalo 
de tempo e n é o total de observações feitas ao 
longo de um dia 
 
Estimativa da Temperatura Média Mensal do Ar 
 
Caso não se disponha de dados médios mensais de temperatura do 
ar para um local.Esses podem ser estimados em função das 
coordenadas geográficas (latitude, longitude e altitude), devido à 
relação de dependência entre elas e a temperatura do ar: 
 
> Latitude < Temperatura média do ar 
 
> Altitude < Temperatura média do ar 
 Longitude expressa, em alguns casos, a oceanidade/continentalidade 
 
A estimativa da temperatura média normal de um local é de extrema 
utilidade para a agricultura, pois muitas vezes necessita-se dos 
dados de temperatura para o planejamento agrícola e a única forma 
de obtê-los é por meio de estimativas. 
 
A estimativa da Temperatura média mensal normal é obtida com o 
emprego de uma regressão linear múltipla: 
 
Tmed = a + b.ALT + c.LAT + d.LONG 
 
em que: ALT = altitude, em metros; LAT = latitude e LONG = 
longitude, ambas em minutos (graus x 60). As letras a, b, c e d, 
representam os coeficientes da equação, obtidos estatisticamente.